Удосконалювання конструкцій сальникових пристроїв валів відцентрових насосів на основі вивчення фізичної моделі механізму герметизації

Автор

С. С. Шевченко, ТОВ «Юнайтед Продакшенс – Атом» (40016, Україна, м. Суми, вул. Прокоф’єва 36), e-mail: s.shevchenko@united.productions, ORCID: 0000-0002-5425-9259

Анотація

Сальниковий пристрій – найбільш поширений тип ущільнень роторів насосів, оскільки є таким вузлом, що регулюється та періодично відновлюється в процесі експлуатації. На підставі вивчення фізичних процесів сформована модель механізму герметизації сальникового пристрою як поєднання двох послідовно розташованих гідравлічних опорів: передвключеного опору, що є аналогічним щілинному дроселю, та контактного ущільнення, де відбувається безпосередня герметизація вала. Зона контакту набивки з валом являє собою суму мікроділянок, на яких виникають контактні тиски. Система лабіринтних каналів, по яких відбувається витік, фізично є найбільш близькою до фільтрації рідини крізь шар пористого тіла. Запропоновано метод розрахунку напруженого стану набивки шляхом розв’язання задачі гідропружності. Отримано вирази для обчислення проміжку та розподілу тиску рідини, що ущільнюється, по довжині радіального сальникового пристрою, а також її витрат крізь ущільнення. Враховано радіальні і кутові зміщення осі вала відносно до осі сальникової коробки, які призводять до виникнення додаткових контактних тисків набиття на вал, і областей розкриття контакту набивки з валом, що призводить до збільшення витоків. Намагання їх обмежити спонукає обслуговуючий персонал збільшувати осьове обтиснення нашивки, а це призводить до ще більшого зростання місцевого контактного тиску. Запропоновано конструкції сальникових пристроїв з радіально рухомим, самоцентрувальним відносно до вала пакетом набивки, що забезпечують вирівнювання контактного тиску та підвищення ресурсу сальникового пристрою. Отримано вирази для обчислення мінімальних значень паралельної та кутової неспіввісностей, за яких сальникова коробка під впливом відцентрових сил та моменту починає відслідковувати радіальне та кутове зміщення вала. Радіальна рухливість запобігає появі областей відриву набивки від вала та утворенню плям контакту зі збільшеним тиском.

Ключові слова: сальниковий пристрій, механізм герметизації, контактний тиск, неспівісність, самоцентрування.

Література

1. Gaft J., Marcinkowski M. A choice of the seal for the shaft of the pump. Proc. Pump users Intern. Forum (29–30 sept. 2004). Karlsruhe, 2004. Р. 37–44.
2. Марцинковский В. А., Шевченко С. С. Насосы атомных электростанций: расчет, конструирование, эксплуатация: монография / под общ. ред. С. С. Шевченко. Сумы: Универ. кн., 2018. 472 с.
3. Marzinkovski W., Gaft J., Sсhewtschenko S. Calculation of Flow and Power Losses to Friction in Radial Stuffing Box Seal. Seals and Sealing Technology in Machines and Dewices: proc. IX Intern. Conf. Wroclaw: Polanica Zdroj, 2001. Р. 108–115.
4. Gaft J. Z., Marzinkovski W. A. Die Untersuchung newer Konstruktionen von radialen und axialen Packungsdichtungen. / X Internationales DichtungsKolloqium Unter-suchung und Anvendung von Dichtelementen. Steinfurt, Germany: Vortrage, 1997. P. 182–205.
5. Diany M., Bouzid A.-H. Analytical evaluation of stresses and displacements of stuffing-box packing based on a flexibility analysis. Tribology Intern. 2009. Vol. 42. No. 6. P. 980–986.
6. Diany M., Bouzid A.-H. An experimental-numerical procedure for stuffing-box packing characterization. American Society Mech. Eng. (ASME) pressure vessel and piping division. 2010. Vol. 2. P. 183–189.
7. Derenne M., Masi V. Predicting gasket leak rates using a laminar-molecular flow model. Proc. of the ASME/JSME, PV. P. Conf., Denver. 2005. Vol. 2. P. 87–96.
8. Гафт Я. З., Марцинковский В. А., Загорулько А. В. Механизм герметизации и расчет радиальных сальников. Герметичность, вибронадежность и экологическая безопасность компрессорного оборудования: тр. 10-й междунар. науч.-техн. конф. Сумы: Сум. ун-т, 2002. Т. 2. С. 46–57.
9. Martsinkowsky V., Gaft J., Gawlinsky M. Contemporary Tendencies of the Gland Packings Improvement. Seals and Sealing Technology in Machines and Dewices: proc. VIII-th Intern. Conf. – Wroclaw – Polanica Zdroy, 1998. Р. 15–165.
10. Kazeminia M., Bouzid A. Analytical and Numerical Evaluation of the Sealing Contact Stress of Different Soft-Packed Stuffing-Box. ASME-Turbo Expo Conf., Vol. 3B: Düsseldorf, Germany, Wind Energy-2004. P. 16–20.
11. Marzinkovski W., Gaft J., Sсhewtschenko S. Konstruktionen und Berechnung der Dichtungen mit Schwimmringen // Untersuchung und Anwendung von Dichtelementen: XII Intern. Dichtungskolloquium. 09–10.05.2001. Essen, Vulkan-Verlag, 2001. P. 147–155.

Надійшла до редакції 16 березня 2020 р.